باز شدن حلقه اپوکسیدها با هسته دوست های اساسی

در اینجا خلاصه ای کوتاه از آنچه امروز در مورد آن بحث خواهیم کرد آورده شده است:

 

---

1. باز کردن اپوکسیدها با پایه: چگونه کار می کند

در آخرین پست ما واکنش‌های اپوکسیدها را در شرایط اسیدی مورد بحث قرار دادیم و دیدیم که چگونه آنها به خانواده مکانیسم‌های آلکن “حلقه 3 عضوی” شباهت دارند. ما با توجه به اینکه واکنش اپوکسید (نشان داده شده در بالا) با NaOH در H را متوقف کردیم₂O محصول متفاوتی نسبت به محصولی که از طریق H بدست می آید ارائه کرد₃O+. بنابراین باید از یک مکانیسم متفاوت عبور کند.

سوال ما این است که این واکنش چگونه عمل می کند؟

با توجه به این واقعیت که نوکلئوفیل (HO-) به اپوکسید در کمترین موقعیت جایگزین شده (C2) حمله می کند و منجر به وارونگی استریوشیمی در این موقعیت می شود، بهترین شواهد ما با این واکنش که از طریق S آشنا پیش می رود مطابقت دارد_ن2 مکانیسم به دنبال آن انتقال پروتون از حلال ضعیف اسیدی (H₂O) به آلکوکسید (RO – ) که یک الکل خنثی ایجاد می کند.

در همین راستا، اگر اپوکسیدها با آلکوکسیدها (RO-) در حلال الکل درمان شوند، اساساً به همان واکنش منجر می شوند. در اینجا یک مثال با NaOCH3 آورده شده است. توجه داشته باشید که در اینجا پروتون باید از CH3OH آمده باشد.

2. نقش حلال

اکنون – در پایان آخرین پست اشاره کردیم که اسیدها با برخی از هسته دوست های قوی ناسازگار هستند زیرا با پروتوناسیون برگشت ناپذیر از بین می روند. [classic example: Grignard reagents and water]. آیا باید نگران NaOH در H باشیم؟₂O یا NaOCH₃ در CH₃اوه؟ نه! اینها نمونه هایی از پایه ها هستند در تعادل با اسیدهای مزدوج آنها وجود NaOH در همان ظرف واکنش با H خوب است₂O.

با این حال، اگر ما به سمت هسته‌های پایه قوی‌تر مانند معرف‌های گریگنارد (RMgX)، معرف‌های ارگانولیتیوم (R-Li) یا هیدریدها (H-) برویم. باید نگران باشید، زیرا اسیدهای مزدوج هر یک از این گونه ها (pKa حدود 50 برای آلکان ها و حدود 38 برای H₂اسیدهای بسیار ضعیف تری نسبت به ROH هستند (pKa 16-18). [A good rule of thumb for “reversibility” of an acid base reaction is a pKa difference of 8 or less]. این بدان معناست که اگر این بازهای قوی با ROH تماس پیدا کنند، یک واکنش اسید-باز برگشت ناپذیر رخ خواهد داد. بنابراین ما یک آلکوکسید (RO-) بدست می آوریم که از نظر استحکام برای deprotone کردن آلکان ها یا H کافی نیست.₂.

خداحافظ هسته دوست!

3. درک مراحل خاموش کردن جداگانه: 1) این را اضافه کنید 2) سپس، این را اضافه کنید!

معنی این در عمل این است که ما فقط مرحله پروتوناسیون را به پایان می‌رسانیم، در فرآیندی که گاهی اوقات «کوئنچ» نامیده می‌شود. توجه داشته باشید که چگونه هر یک از واکنش های زیر یک مرحله 1) و یک مرحله 2 دارند. مرحله 1 افزودن نوکلئوفیل است. پس از انجام واکنشمنبع پروتون (مرحله 2) را برای خاموش کردن اضافه می کنیم. توجه داشته باشید که معرف های زیادی وجود دارد که معمولاً برای این فرآیند نوشته می شود – H₂ای، اچ₃O+، H+، NH₄کلر، “اسید کار” فقط به نام چند. همه آنها به یک معنا هستند!

در اینجا چند نمونه از واکنش های اپوکسیدها با هسته دوست های قوی بازی وجود دارد. معرف های گریگنارد، معرف های ارگانولیتیوم و هیدرید (به عنوان مثال LiAlH₄ ، منبع H-).

چیز دیگری هست؟ [yes – there are other nucleophiles which will react with epoxides, but they are seldom seen at this level. However I have added them in a note at the bottom].

4. چیزی که کار نمی کند: هسته دوست های بیچاره

درست مثل هر S_ن2 واکنش، برای اینکه این مسیر کار کند، ما واقعاً باید با یک هسته دوست مناسب سر و کار داشته باشیم. نوکلئوفیل های ضعیف، به ویژه گونه های خنثی مانند H₂O، ROH و RCOOH به سادگی آن را قطع نمی کنند. برای اینکه اپوکسیدها واکنش نشان دهند، باید از شرایط اسیدی قوی (مناسب برای نوکلئوفیل‌های ضعیف) یا شرایط بازی (HO-، RO-، RMgBr، RLi، LiAlH4) استفاده کنیم.

این به کاوش ما در مورد اپوکسیدها و اترها پایان می دهد. با این حال، ما هنوز در مورد الکل ها حرف های زیادی برای گفتن داریم – و مطمئناً با نمونه هایی از S تمام نشده است._ن1 و اس_ن2 واکنش این در آینده است.

پست بعدی – ساخت آلکیل هالیدها از الکل

---

یادداشت

– برخی از هسته دوست های دیگر که با اپوکسیدها واکنش می دهند، اما به ندرت در شیمی آلی مقدماتی دیده می شوند. توجه داشته باشید که مثال دوم و سوم منبع پروتون (H+) را که به اکسیژن اضافه می‌کند نشان نمی‌دهد، اما می‌توان آن را بعداً در مرحله «کوئنچ» اضافه کرد.

---

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

1. -سرعت های ترکیب مشتقات سدیم فنل ها با اکسیدهای الفین
   دیوید رانسیمن بوید و ارنست رابرت مارل
   جی. شیمی. Soc.، Trans.، 1914، 105، 2117-2139
   DOI: 10.1039/CT9140502117
   این مقاله و مقاله همراه آن نمونه‌های اولیه باز کردن حلقه اپوکسیدها با آلکوکسیدها هستند.
2. -سرعت های ترکیب مشتقات سدیم فنل ها با اکسیدهای الفین. قسمت دوم
   دیوید رانسیمن بوید و خانم دوریس فلتهام توماس
   جی. شیمی. Soc.، Trans.، 1919، 115، 1239-1243
   DOI: 10.1039/CT9191501239
3. سیکلوهگزن اینین
   Iain DG Watson، Nicholas Afagh، and Andrei K. Yudin
   سازمان مصنوعی. 2010، 87، 161
   DOI: 10.15227/orgsyn.087.0161
   اولین واکنش در این روش از سنتزهای آلی حلقه باز شدن اکسید سیکلوهگزن با آزید سدیم است. همانطور که پروفسور یودین نشان می دهد، این واکنش یک پیش ساز مفید برای سنتز آزیریدین های NH، آنالوگ نیتروژن اپوکسیدها است.
4. واکنش دی متیل منیزیم و دی اتیل منیزیم با اکسید سیکلوهگزن
   پل دی. بارتلت و سی. مانلی بریمجله انجمن شیمی آمریکا 1934 56 (12)، 2683-2685

   DOI: 10.1021/ja01327a045 این یک نمونه اولیه از باز کردن حلقه اپوکسیدها با واکنشگرهای Grignard است.

5. سیر استریوشیمیایی باز شدن حلقه اپوکسید توسط معرف های آللیک گریگنارد
   هیو فلکین، ژرژ روسی
   چهار وجهی لت. 1965، 6 (46)، 4153-4159
   DOI: 10.1016/S0040-4039(01)99581-4
   این مقاله پیشرفته‌تر (و شاید کمتر مرتبط‌تر) است که سعی می‌کند مشخص کند که آیا معرف‌های آللیک گرینگارد از یک S عبور می‌کنند یا خیر._نواکنش 2. این را می توان به راحتی با برچسب گذاری ایزوتوپی حل کرد ¹³C NMR.
6. واکنش های باز کردن حلقه کاتالیز شده با اسید و باز یا یک اپوکسید با مانع فضایی
   هربرت مایر، راینر کوشینسکی، الفرید ویل و انگلبرت باومل
   مجله شیمی آلی 1987، 52 (7)، 1342-1344
   DOI: 1021/jo00383a033
   یک مقاله خوب که محصولات مختلف را که هنگام باز کردن یک اپوکسید مانع در شرایط اسیدی در مقابل شرایط بازی به دست می‌آیند، توصیف می‌کند. پروفسور مایر (LMU، آلمان) به دلیل کار بسیار دقیق خود در شیمی آلی فیزیکی، که در آن مقیاس هایی را برای تعیین کمیت الکتروفیلی و هسته دوستی ایجاد کرده است، به خوبی شناخته شده است.